專利名稱：一種電流調制增益耦合激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電流調制增益耦合分布反饋(DFB)激光器，具體的說是一種直接制作在襯底上并具有平面光柵結構的電流調制增益耦合DFB激光器。適于制作光纖通信用的單模激光器及含DFB的集成器件，例如電吸收調制器與DFB激光器的集成器件等。
普通的折射率耦合DFB激光器，其單模成品率較低。指數(shù)-增益復耦合的DFB激光器則可很大程度地提高單模成品率，而增益耦合DFB激光器，在理論上可達百分之百的單模成品率。根據(jù)有源波導中光波反饋加強的原理，可將指數(shù)-增益復耦合和增益耦合DFB激光器的光柵結構分為三類一為吸收型結構，包括同型和反型吸收結構(見Y.Luo et al，Appl.Phys.Lett.，Vol.55，PP.1606-1608，1989)；二為刻蝕有源層型結構(見G.P.Li et al，Electronics Letters，Vol.28，PP.1726-1727，1992)；三為電流調制型結構(見C.Kazmierski，D.Robein，etal，IEEEJ.Selected Topicsin Quantum Electronics，Vol.1，pp.371-374，1995)。原理上，這三種結構的增益耦合成分依次增加。電流調制型DFB激光器直接對有源區(qū)縱向的載流子密度分布(亦即對光增益)起調制作用，其增益耦合的程度最強，因而可望最大限度地提高DFB激光器的單模成品率。但C.Kazmierski等人的電流調制增益光柵是通過掩膜刻蝕形成的非平面波紋光柵，這種光柵只適于制作在已生長了有源層結構的外延層上，而不宜直接在襯底上制作。若不然，有源區(qū)將要在非平面的波紋光柵上生長，其完整性將會受到影響。因此，已報道的這種電流調制型增益耦合DFB激光器需要兩次或兩次以上的外延步驟才可以完成整個層結構的生長。
本實用新型提出了一種直接在襯底上制作電流調制型增益光柵的結構，并且只須采用一次外延步驟就可生長出整個增益耦合DFB激光器的層結構。其電流調制型光柵是一種完全平面型光柵，這種光柵可以直接制作在襯底上而不影響在光柵上外延生長有源層。由于本實用新型結構只須用一次外延生長步驟，所以可縮短DFB激光器的制作流程，大大降低制作成本；同時，以本實用新型結構可實現(xiàn)多種電流調制型增益耦合DFB激光器結構。
本實用新型的具體結構是在InP襯底上表面生長一層介質膜，以介質膜光柵圖形為掩體向襯底作選擇離子注入，在柵格間隙的襯底表面層內形成離子注入區(qū)光柵，除去介質掩膜，在平整的光柵面上連續(xù)外延生長緩沖層、MQW有源層和上掩埋層等層結構，用光刻技術作出脊形波導激光器。
本實用新型的顯著特點在于1.直接在襯底上制作光柵，只需一次外延步驟就可生長出整個器件層結構，并適宜于采用脊條形的簡單結構制作條形器件，有利于降低成本，作較大規(guī)模生產。2.作出的光柵表面平整，可以減少非平面光柵與掩埋外延界面之間的位錯和缺陷，減少內部損耗，提高器件可靠性；3.這種方法制作的DFB激光器單模成品率高，適宜于制作各種含DFB的激光器及其集成器件，如電吸收(EA)調制器(MD)與DFB激光器(LD)的集成器件即(EML)等。
圖1為本實用新型的基本結構示意圖圖2為本實用新型n型離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器結構圖3為本實用新型中性補償質子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器結構圖4為本實用新型p型離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器結構下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
如圖1所示，在InP襯底11的上表面生長一層厚度～0.1μm的SiO2介質膜16(圖1a)；利用全息或電子束暴光技術在SiO2上刻制出所需的周期性掩膜光柵圖形(圖1b)；以這種周期性SiO2光柵圖形為掩體，向襯底選擇注入離子源，在SiO2柵格間隙的襯底表面層內形成深度～100nm的離子注入區(qū)12(圖1c)；用HF緩沖溶液除去SiO2，襯底表面上就留下了平整的周期性注入區(qū)光柵結構(圖1d)。襯底11的上表面層內除嵌入了離子注入光柵區(qū)外，仍為完整的平整面；在這平整的光柵面上利用MOCVD外延技術，連續(xù)外延緩沖薄層13、多量子阱(MQW)有源層14和上掩埋層15(含刻蝕終止層、限制層和高摻雜接觸層)(圖1e)；利用常規(guī)的光刻、選擇刻蝕技術作出脊條形波導電流調制增益耦合DFB激光器(圖1f)。
圖2為n型離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器結構。在p-InP襯底21的上表面先生長一層SiO2介質膜，在其上刻制出周期性介質掩膜光柵，利用n型離子源Si(亦可取S、Se、Te和Sn中的某一種)作選擇注入(注入劑量1～3×1013cm-2)，在p-InP襯底21的上表面層內形成n型注入島區(qū)22；除去SiO2介質掩膜光柵后利用MOCVD外延技術連續(xù)外延p-InP緩沖薄層23(厚度～50nm，摻雜濃度～2×1017cm-3)、MQW有源層24和n-InP掩埋層25，即可構成n型離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器。外加正向電壓于圖示結構時，注入島區(qū)22成為阻擋載流子流通的反向p-n結區(qū)，載流子只能通過島區(qū)之間的間隙流向有源區(qū)。因此，流進有源區(qū)24的載流子具有了與光柵相同的周期性縱向密度分布，并且隨外加電壓的變化而變化，從而對有源區(qū)光增益起調制作用．圖3為中性補償質子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器結構。在p-InP襯底31上先生長SiO2介質膜，在其上刻制出周期性介質掩膜光柵后，用中性質子源He+(亦可取質子H+和過渡金屬Ti)作選擇注入，形成高電阻值注入島區(qū)32，除去SiO2介質后連續(xù)外延生長p-InP薄層33、MQW有源層34和n-InP掩埋層35，即可構成中性補償離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器。由于注入區(qū)32為高電阻值區(qū)，同樣可對有源區(qū)的光增益起調制作用。
圖4為p型離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器結構。在n-InP襯底41的上表面先生長一層SiO2介質膜，在其上刻制出周期性介質掩膜光柵，利用p型離子源Be(亦可取Zn、Mg和Cd中的某一種)作選擇注入(注入劑量1～3×1013cm-2)，在n-InP襯底41的上表面層內形成p型注入島區(qū)42；除去SiO2介質掩膜光柵后連續(xù)外延生長n-InP薄層43(厚度～50nm，摻雜濃度～2×1017cm-3)、MQW有源層44和p-InP掩埋層45，即可構成p型離子注入平面型電流調制增益耦合DFB激光器。當外加正向電壓于圖示結構時，襯底中的電子由于受到反型離子注入島區(qū)42的阻擋，將被迫集中在島的周期性間隙中流向有源區(qū)44。因此，流進有源區(qū)44的電子就具有周期性的縱向密度分布，從而可以達到調制有源區(qū)光增益的作用。
權利要求1.一種電流調制增益耦合激光器，其特征在于在InP襯底上表面生長一層介質膜，以介質膜光柵圖形為掩體向襯底作選擇離子注入，在柵格間隙的襯底表面層內形成離子注入區(qū)光柵，除去介質掩膜，在平整的光柵面上連續(xù)外延生長緩沖層、MQW有源層和上掩埋層等層結構，用光刻技術作出脊形波導激光器。
2.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于p-InP襯底可選擇n型離子源例如Si，S，Se，Te，Sn作注入，形成反型注入島區(qū)22，亦可選擇中性質子源例如He+，H+或過渡金屬Ti作注入，形成補償注入高阻島區(qū)32。
3.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于n-InP襯底可選擇P型離子源例如Be，Zn，Mg，Cd作注入，形成反型注入島區(qū)42。
4.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于外延掩埋層結構中，在MQW有源層與襯底光柵界面之間生長有一層p-InP緩沖薄層23或33。
5.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于外延掩埋層結構中，在MQW有源層與襯底光柵界面之間生長有一層n-InP緩沖薄層43。
6.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源層上的掩埋層25和35包括四元n型刻蝕終止層、n-InP覆蓋層和重摻雜n型電極接觸層。
7.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源層上的掩埋層45包括四元p型刻蝕終止層、p-InP覆蓋層和重摻雜p型電極接觸層。
8.如權利要求1所述的電流調制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源區(qū)的綜合應變可以是壓應變、張應變或應變補償材料，也可以是體材料。
專利摘要本實用新型涉及一種電流調制增益耦合激光器,可直接制作在襯底上并具有平面光柵結構的電流調制增益耦合分布反饋DFB激光器。適于制作含DFB的集成器。其結構是在InP襯底上表面生長一層介質膜,以介質膜光柵圖形為掩體向襯底作選擇離子注入,在柵格間隙的襯底表面層內形成離子注入區(qū)光柵,除去介質掩膜,在平整的光柵面上連續(xù)外延生長緩沖層、MQW有源層和上掩埋層等層結構,用光刻技術作出脊形波導激光器。具有制作成本低、器件性能可靠等特點。
文檔編號H01S5/00GK2468193SQ0120440
公開日2001年12月26日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權日2001年2月27日
發(fā)明者朱洪亮, 王圩, 劉國利, 張子瑩 申請人:北京福創(chuàng)光電子股份有限公司